六自由度调整及动态稳定平台

本发明涉及大型光学载荷中光学组件精密调整，尤其涉及一种六自由度调整及动态稳定平台。

背景技术：

1、六自由度并联平台因其高精度、无积累误差和高刚度等特点，在大型光学望远镜光学组件调整过程中发挥着重要的作用。基于六自由度并联平台的调整机构在国内外大口径地基望远镜已有广泛的应用，而在国内外的大型空间光学载荷的光学组件位姿调整机构的应用较少。

2、研究人员针对上述问题开展了研究工作，为了避免2m口径空间光学舱的光路对后端不同感光焦面的切换及扰动源对成像质量造成影响，目前采用六自由度大行程并联机构与稳像机构的串联装配形式，实现对后端模块切换以及光学系统稳像功能，但该装配形式增加了航天产品的尺寸、重量及功耗。北京航空航天大学的黄海等提出了基于宏微驱动的并联式精密跟瞄平台，其中，促动器分为滚珠滚珠丝杠促动器和压电促动器部分，促动器的两侧采用球型铰链连接，该促动器未采用柔性放大机构，驱动行程不超过0.1mm，仅适用于高频稳像，无法实现静态微米级定位，且对动平台的承载能力较弱。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术中对动平台的承载能力弱、无法实现静态微米级定位等缺陷，提供一种六自由度调整及动态稳定平台，实现对光学组件的大行程调整，且具有对动平台的承载能力高的特点。

2、本发明提供的六自由度调整及动态稳定平台，包括：

3、一个定平台；

4、六个直线促动器，分别沿横轴与纵轴对称安装在定平台上；

5、一个动平台，用于与光学组件相连；

6、六个微观驱动器，六个微观驱动器与六个直线促动器一一对应相连，每个微观驱动器均包括：支撑杆组件、音圈电机组件和柔性组件、支撑杆组件与动平台相连、音圈电机组件与定平台相连、柔性组件连接在支撑杆组件与音圈电机组件之间。

7、优选地，每个支撑杆组件均包括：柔性虎克铰、支撑杆、第一柔性法兰、柔性球铰和柔性球铰法兰，其中，动平台与柔性虎克铰相连、柔性虎克铰与支撑杆相连、支撑杆与第一柔性法兰相连、第一柔性法兰与柔性球铰相连、柔性球铰与柔性球铰法兰相连、第一柔性法兰与柔性组件连接。

8、优选地，每个柔性组件均包括：上安装面法兰、下安装面法兰、柔性薄片、薄片支撑，其中，上安装面法兰与第一柔性法兰相连、下安装面法兰与音圈电机组件相连、上安装面法兰与下安装面法兰之间装配有柔性薄片、柔性薄片至少为两层、每层柔性薄片的上下表面均装配有薄片支撑、且装配于同一层柔性薄片的两个薄片支撑相对旋转90°。

9、优选地，每个音圈电机组件均包括：安装法兰、音圈电机定子支撑、第一弹性薄膜、第二弹性薄膜、电容传感识别器、电容传感器、音圈电机动子支撑、音圈电机定子、音圈电机动子、光栅尺读数头和光栅尺，其中，音圈电机定子支撑的一端开设有与下安装面法兰适配的螺纹孔、音圈电机定子支撑与下安装面法兰通过螺钉固连、音圈电机定子支撑的另一端固连有安装法兰、音圈电机定子支撑的两端还分别与第一弹性薄膜和第二弹性薄膜固连、第一弹性薄膜和安装法兰之间的空腔分别安装有电容传感识别器和电容传感器、电容传感识别器与第一弹性薄膜固连、电容传感器与安装法兰固连、第一弹性薄膜和第二弹性薄膜之间连接音圈电机动子支撑、音圈电机动子套装在音圈电机动子支撑的促动轴上、音圈电机动子装配在音圈电机定子的凹槽内、音圈电机定子固定在第一弹性薄膜和音圈电机动子之间的音圈电机定子支撑上、音圈电机定子支撑的一侧与光栅尺读数头固定、光栅尺读数头与光栅尺相对设置、且光栅尺固定在音圈电机动子支撑上、柔性球铰法兰与第二弹性薄膜固连。

10、优选地，每个直线促动器均包括：电机安装座、驱动电机、谐波减速器、滚珠丝杠、丝杠螺母、编码器安装座、编码器、第二柔性法兰、滑块、导轨、霍尔感应组件、轴承、轴承座、磁钢组件，其中，驱动电机安装在电机安装座上、驱动电机的输出轴与谐波减速器的输入端装配、谐波减速器的输出端连接滚珠丝杠的一端、滚珠丝杠上套设有丝杠螺母、滚珠丝杠的另一端穿过轴承的内圈与编码器相连、轴承的外圈固定在轴承座上、编码器与编码器安装座装配在一起；滚珠丝杠的两侧分别设有导轨、导轨的两端均设有霍尔感应组件、丝杠螺母与滑块固连、滑块的两端分别与磁钢组件固连、滑块与第二柔性法兰固连、第二柔性法兰与安装法兰相连。

11、优选地，十二条导轨均平行。

12、优选地，当六个直线促动器上的滑块的运动方向和运动距离保持一致时，动态稳定平台的初始构型始终保持不变。

13、优选地，柔性组件用于承受动平台的重量并对定平台的扰动进行衰减。

14、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

15、（1）本发明提供的六自由度调整及动态稳定平台，具有结构紧凑、包络空间小和质量轻等优势，且可实现动平台六自由粗/精两级控制，实现动平台的六自由度调整的动态稳定。

16、（2）本发明将直线促动器组件设置在定平台上，实现动平台调整，音圈电机组件和柔性组件位于直线促动器组件和支撑杆组件之间，简化了六自由度调整及动态稳定平台实现动态稳定过程中动力学模型，实现六自由度调整及动态稳定平台的高精度动态稳定控制。

17、（3）该系统六个直线促动器组件呈沿横轴与纵轴对称平行布置于定平台上，使六个直线促动器进行直线大行程运动时，支腿组件中的柔性铰链柔性变形最小，进而实现动平台在沿横轴与纵轴方向的大范围调整。

18、（4）本发明的微观驱动器由支撑杆组件、柔性组件及音圈电机组件构成，由于音圈电机在提供动力时，需利用第一弹性薄膜和第二弹性薄膜对音圈电机动子和定子需要弹性薄膜进行复位，但第一弹性薄膜和第二弹性薄膜无法承受动平台重量，本发明将柔性组件置于音圈电机组件和支撑杆组件之间，用于承受动平台重量并对定平台的扰动进行衰减。

19、（5）本发明将第一弹性薄膜和第二弹性薄膜布置在音圈电机动子支撑两端，增加了音圈电机在工作过程中的稳定性，同时音圈电机组件通过安装电容传感器及光栅尺实现了双闭环控制，即光栅尺能够对不同负载状态下第一弹性薄膜和第二弹性薄膜的变形状态及直线大行程运动过程中第一弹性薄膜和第二弹性薄膜的位置进行测试闭环；电容传感器在高精度动态稳定过程中对音圈电机动子进行测量闭环。

技术特征：

1.一种六自由度调整及动态稳定平台，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的六自由度调整及动态稳定平台，其特征在于，每个支撑杆组件均包括：柔性虎克铰、支撑杆、第一柔性法兰、柔性球铰和柔性球铰法兰，其中，所述动平台与所述柔性虎克铰相连、所述柔性虎克铰与所述支撑杆相连、所述支撑杆与所述第一柔性法兰相连、所述第一柔性法兰与所述柔性球铰相连、所述柔性球铰与所述柔性球铰法兰相连、所述第一柔性法兰与所述柔性组件连接。

3.根据权利要求2所述的六自由度调整及动态稳定平台，其特征在于，每个柔性组件均包括：上安装面法兰、下安装面法兰、柔性薄片、薄片支撑，其中，所述上安装面法兰与所述第一柔性法兰相连、所述下安装面法兰与所述音圈电机组件相连、所述上安装面法兰与所述下安装面法兰之间装配有所述柔性薄片、所述柔性薄片至少为两层、每层柔性薄片的上下表面均装配有所述薄片支撑、且装配于同一层柔性薄片的两个薄片支撑相对旋转90°。

4.根据权利要求3所述的六自由度调整及动态稳定平台，其特征在于，每个音圈电机组件均包括：安装法兰、音圈电机定子支撑、第一弹性薄膜、第二弹性薄膜、电容传感识别器、电容传感器、音圈电机动子支撑、音圈电机定子、音圈电机动子、光栅尺读数头和光栅尺，其中，所述音圈电机定子支撑的一端开设有与所述下安装面法兰适配的螺纹孔、所述音圈电机定子支撑与所述下安装面法兰通过螺钉固连、所述音圈电机定子支撑的另一端固连有所述安装法兰、所述音圈电机定子支撑的两端还分别与所述第一弹性薄膜和所述第二弹性薄膜固连、所述第一弹性薄膜和所述安装法兰之间的空腔分别安装有所述电容传感识别器和所述电容传感器、所述电容传感识别器与所述第一弹性薄膜固连、所述电容传感器与所述安装法兰固连、所述第一弹性薄膜和所述第二弹性薄膜之间连接所述音圈电机动子支撑、所述音圈电机动子套装在所述音圈电机动子支撑的促动轴上、所述音圈电机动子装配在所述音圈电机定子的凹槽内、所述音圈电机定子固定在所述第一弹性薄膜和所述音圈电机动子之间的所述音圈电机定子支撑上、所述音圈电机定子支撑的一侧与所述光栅尺读数头固定、所述光栅尺读数头与所述光栅尺相对设置、且所述光栅尺固定在所述音圈电机动子支撑上、所述柔性球铰法兰与所述第二弹性薄膜固连。

5.根据权利要求4所述的六自由度调整及动态稳定平台，其特征在于，每个直线促动器均包括：电机安装座、驱动电机、谐波减速器、滚珠丝杠、丝杠螺母、编码器安装座、编码器、第二柔性法兰、滑块、导轨、霍尔感应组件、轴承、轴承座、磁钢组件，其中，所述驱动电机安装在所述电机安装座上、所述驱动电机的输出轴与所述谐波减速器的输入端装配、所述谐波减速器的输出端连接所述滚珠丝杠的一端、所述滚珠丝杠上套设有所述丝杠螺母、所述滚珠丝杠的另一端穿过所述轴承的内圈与所述编码器相连、所述轴承的外圈固定在所述轴承座上、所述编码器与所述编码器安装座装配在一起、所述滚珠丝杠的两侧分别设有导轨、所述导轨的两端均设有所述霍尔感应组件、所述丝杠螺母与所述滑块固连、所述滑块的两端分别与所述磁钢组件固连、所述滑块与所述第二柔性法兰固连、所述第二柔性法兰与所述安装法兰相连。

6.根据权利要求5所述的六自由度调整及动态稳定平台，其特征在于，十二条导轨均平行。

7.根据权利要求6所述的六自由度调整及动态稳定平台，其特征在于，当六个直线促动器上的滑块的运动方向和运动距离保持一致时，所述动态稳定平台的初始构型始终保持不变。

8.根据权利要求1所述的六自由度调整及动态稳定平台，其特征在于，所述柔性组件用于承受所述动平台的重量并对所述定平台的扰动进行衰减。

技术总结
本发明涉及大型光学载荷中光学组件精密调整技术领域，尤其涉及一种六自由度调整及动态稳定平台，包括一个定平台；六个直线促动器，分别沿横轴与纵轴对称安装在定平台上；一个动平台，用于与光学组件相连；六个微观驱动器，六个微观驱动器与六个直线促动器一一对应相连，每个微观驱动器均包括：支撑杆组件、音圈电机组件和柔性组件，支撑杆组件与动平台相连、音圈电机组件与定平台相连，柔性组件连接在支撑杆组件与音圈电机组件之间。本发明提供的六自由度调整及动态稳定平台，具有结构紧凑、包络空间小和质量轻等优势，且可实现动平台六自由粗/精两级控制。

技术研发人员：徐振邦,韩春杨,梅金源,韩哈斯敖其尔,秦超
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15